DE10245798B4 - Electrically operated charge air compressor with integrated air cooling - Google Patents

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Abstract

Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter mit einem Gehäuse (12), mit mindestens einem in einem Verdichterraum (28) eines ersten Gehäuseteils (14) angeordneten Verdichterrad (30), das in Strömungsrichtung zwischen einem Lufteinlass (24) und einem Luftauslass (43) des Gehäuses (12) angeordnet ist, mit einem den Verdichterraum (28) mit dem Luftauslass (43) verbindenden, in Umfangsrichtung des ersten Gehäuseteils (12) verlaufenden Strömungskanal (42), sowie mit einem in einem zweiten Gehäuseteil (16) des Gehäuses (12) angeordneten Elektromotor (18) zum Betrieb des Verdichterrades (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) den Elektromotor (18) zumindest teilweise in axialer Richtung umgreift und in thermischer Verbindung mit dem Elektromotor (18) und dem zweiten Gehäuseteil (16) steht, wobei der zweite Gehäuseteil (16) einen Diffusorring (19) aufweist, der einen Teil der Begrenzung des Strömungskanals (42) bildet und thermisch an den Elektromotor (18) gekoppelt ist.Electrically operated charge air compressor with a housing (12), with at least one compressor wheel (30) arranged in a compressor chamber (28) of a first housing part (14), which in the direction of flow between an air inlet (24) and an air outlet (43) of the housing (12 ) is arranged, with a flow channel (42) connecting the compressor chamber (28) with the air outlet (43) and running in the circumferential direction of the first housing part (12), and with an electric motor arranged in a second housing part (16) of the housing (12) (18) for operating the compressor wheel (30), characterized in that the flow channel (42) at least partially encompasses the electric motor (18) in the axial direction and is in thermal connection with the electric motor (18) and the second housing part (16), wherein the second housing part (16) has a diffuser ring (19) which forms part of the boundary of the flow channel (42) and is thermally coupled to the electric motor (18) is.

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Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a device for the compression of combustion air, especially one electrically operated charge air compressor with the features of the generic term of claim 1.

Es ist bekannt, die Leistungsdichte einer Brennkraftmaschine durch Verdichtung der zur Verbrennung des Kraftstoffes benötigten Luft mittels eines Abgasturboladers zu erhöhen. Der Abgasturbolader weist dabei eine Turbine auf, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist und die einen, in der Ladeluftzuführung der Brennkraftmaschine angeordneten Verdichter antreibt.It is known the power density an internal combustion engine by compressing the combustion of the Fuel needed Increase air using an exhaust gas turbocharger. The exhaust gas turbocharger points thereby a turbine on the exhaust gas flow of the internal combustion engine is arranged and the one in the charge air supply of the internal combustion engine arranged compressor drives.

Derartige Abgasturbolader weisen den bekannten Nachteil eines verzögerten und unzureichenden Ansprechverhaltens bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine auf („Turboladerloch").Such turbochargers have the well-known disadvantage of a delayed and inadequate response at low engine speeds ("turbocharger hole").

Zur Verbesserung der Ladeluftzuführung, speziell im Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine, ist es bekannt, den Abgasturbolader mittels eines elektrischen Hilfsantriebes zu unterstützen. Dies kann beispielsweise durch einen, in den Abgasturbolader integrierten Elektromotor erreicht werden. Der Elektromotor treibt dann die Welle des Verdichters des Abgasttrboladers bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine an. Ein solcher Hybrid-Antrieb des Abgasturboladers erfordert sowohl eine hohe Drehzahlbelastbarkeit des Elektromotors, als auch einen hohen elektrischen Leistungsbedarf aufgrund der hohen Massenträgheitsmomente der notwendigerweise hitzebeständigen, stahlausgeführten Turbine des Abgasturboladers. Darüber hinaus vergrößert sich das Einbauvolumen eines solchen Abgasturboladers durch die Integration des zusätzlichen Elektromotors.To improve the charge air supply, especially in the low engine speed range, it is known the exhaust gas turbocharger by means of an electrical auxiliary drive support. This can be done, for example, by an integrated in the exhaust gas turbocharger Electric motor can be reached. The electric motor then drives the shaft of the exhaust gas turbocharger compressor at low engine speeds Internal combustion engine. Such a hybrid drive of the exhaust gas turbocharger requires both a high speed load capacity of the electric motor and also a high electrical power requirement due to the high Moments of inertia the necessarily heat-resistant, steel running Turbine of the exhaust gas turbocharger. It also enlarges the installation volume of such an exhaust gas turbocharger through the integration of the additional The electric motor.

Zur Vermeidung der Nachteile eines solchen Hybrid-Antriebes ist es beispielsweise aus der US 6,029,45 A bekannt, einen separaten, rein elektrisch betriebenen Hilfslader (elektrischer Zusatzverdichter, EZV) in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine in Reihe zu einem konventionellen, turbinengetriebenen Abgasturbolader zu betreiben. Dies hat den großen Vorteil, dass der separat zur Ladeluftzuführung eingesetzte, elektrische Zusatzverdichter auf einen kurzzeitigen Einsatz im untersten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine optimiert werden kann. Typischerweise wird der elektrische Zusatzverdichter dem Abgasturbolader seriell vorgeschaltet, so dass sich der erreichbare Ladedruck als Produkt der Einzeldruckwerte ergibt.To avoid the disadvantages of such a hybrid drive, it is for example from the US 6,029.45 A known to operate a separate, purely electrically operated auxiliary charger (additional electric compressor, EZV) in the charge air supply of an internal combustion engine in series with a conventional, turbine-driven exhaust gas turbocharger. This has the great advantage that the additional electrical compressor, which is used separately for the charge air supply, can be optimized for short-term use in the lowest speed range of the internal combustion engine. Typically, the additional electrical compressor is connected upstream of the exhaust gas turbocharger, so that the achievable boost pressure is the product of the individual pressure values.

Aufgrund des kurzfristigen, sehr hochtourigen Betriebes des elektrischen Zusatzverdichters kommt es zu einer starken thermischen Belastung dieser Systemkomponente. Neben der passiven Ableitung der Überschusswärme ist es bekannt, den elektrischen Zusatzverdichter im Betrieb auch durch die angesaugte Ladeluft selbst zu kühlen. Zur aktiven Luftkühlung wird in der US 5,904,471 A vorgeschlagen, den angesaugten Luftstrom zuerst am Motorgehäuse entlang bzw. direkt durch das Motorgehäuse hindurch zu leiten und anschließend dem Verdichterraum des Zusatzverdichters zuzuführen. Die Anordnung des Verdichtenades auf der der Ansaugöffnung entgegen gesetzten Seite des antreibenden Motors sowie die Durchleitung des Luftstromes durch den Motor selbst resultiert in einem erhöhten Strömungswiderstand für den passiven Ladeluftverdichter. Ein solches System hat den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades, der für den Ladedruck erreicht werden kannDue to the short-term, very high-speed operation of the additional electrical compressor, this system component is subjected to high thermal loads. In addition to the passive dissipation of the excess heat, it is known to cool the additional electrical compressor during operation by means of the charge air drawn in itself. For active air cooling, the US 5,904,471 A proposed to first conduct the sucked-in air flow along the motor housing or directly through the motor housing and then to feed it to the compressor chamber of the additional compressor. The arrangement of the compression wheel on the side of the driving engine opposite the intake opening and the passage of the air flow through the engine itself results in increased flow resistance for the passive charge air compressor. Such a system has the disadvantage of lower efficiency, which can be achieved for the boost pressure

Im Bereich hoher Drehzahlen der Brennkraftmaschine, die gleichzeitig zu einer hohen Drehzahl des Abgasturboladers und damit verbunden, einem hohen Durchsatz an Ladeluft allein aufgrund der Förderwirkung des Abgasturboladers führt, wird eine Bypass-Lösung genutzt, um die Ladeluft unter Umgehung des dann nicht mehr benötigten Zusatzverdichters direkt dem Kompressor des Abgasturboladers zuzuführen. Daher ist es erforderlich, dass der elektrische Zusatzverdichter in seinem passiven Betrieb einen möglichst geringen Strömungswiderstand der vom Abgasturbolader angesaugten Ladeluft aufweist.In the area of high engine speeds, which at the same time leads to a high speed of the exhaust gas turbocharger and associated with a high throughput of charge air alone the promotional effect of the exhaust gas turbocharger, becomes a bypass solution used to bypass the charge air bypassing the additional compressor which is then no longer required feed directly to the compressor of the exhaust gas turbocharger. It is therefore necessary that the additional electrical compressor is in passive operation preferably low flow resistance the charge air drawn in by the exhaust gas turbocharger.

Aus der US 5,904,471 A ist bekannt, einen Bypass-Kanal in den elektrischen Zusatzverdichter zu integrieren. In der US 5,904,471 A wird ein Klappenventil verwandt, welches den Ladeluftstrom in den Bypass-Kanal umlenkt, so dass dieses nicht über den Verdichtungsraum und das darin angeordnete Verdichterrad des elektrisch betriebenen Turboverdichters geleitet wird. Eine solche klappengesteuerte Bypass-Lösung ist jedoch hinsichtlich der strömungstechnischen Anforderungen an den Zusatzverdichter nicht optimal und unter Berücksichtigung der Anforderungen an Montage, Größe und Kosten des Gesamtsystems zur Ladeluftverdichtung sehr aufwändig und teuer.From the US 5,904,471 A is known to integrate a bypass channel in the additional electrical compressor. In the US 5,904,471 A a flap valve is used, which redirects the charge air flow into the bypass duct so that it is not routed through the compression chamber and the compressor wheel of the electrically operated turbocompressor arranged therein. However, such a flap-controlled bypass solution is not optimal with regard to the fluidic requirements for the additional compressor and, taking into account the requirements for assembly, size and costs of the overall system for charge air compression, is very complex and expensive.

Insbesondere ergeben sich bei einer Bypass-Lösung gemäß der US 5,904,47 A erhöhte Strömungswiderstände im Zusatzverdichter, da unter Anderem im Strömungskanal durch das ausgebildete Klappenventil Ecken und Kanten vorhanden sind, die zu turbulenten Strömungsverhältnissen führen.In particular, a bypass solution according to the US 5,904,47 A Increased flow resistances in the additional compressor, because, among other things, corners and edges are present in the flow channel due to the designed flap valve, which lead to turbulent flow conditions.

Aus der DE 41 06 130 A1 ist ein von einem Elektromotor angetriebenes Gebläse mit einem spiralförmigen Gehäuse bekannt, wobei das Spiralgehäuse wenigstens im Bereich des Spiraleinlaufs metallisch ausgebildet ist und in diesem Einlaufbereich an seiner Innenseite parallel zum Luftstrom verlaufende Kühlrippen aufweist. Das die Steuer- oder Regelelektronik des Gebläses aufnehmende Gehäuse steht dabei in wärmeschlüssiger Verbindung mit dem die Kühlrippen enthaltenden Teil des Spiralgehäuses des Gebläses.From the DE 41 06 130 A1 a blower driven by an electric motor with a spiral-shaped housing is known, the spiral housing being metallic at least in the region of the spiral inlet and having cooling fins running parallel to the air flow on the inside of this inlet region. The housing accommodating the control or regulating electronics of the blower is in a heat-sealed connection with the part of the spiral housing of the blower that contains the cooling fins.

Aus der DE 196 06 487 A1 ist ein von einem Elektromotor angetriebenes Gebläse bekannt, bei dem der antreibende Elektromotor derart in ein Gehäuseteil des Gebläses eingesetzt ist, dass der Motor in thermischer Wirkverbindung mit dem Strömungskanal des Gebläses steht. Auf diese Weise wird auch der Elektromotor durch den in den Strömungskanal hinein angesaugten Luftstrom des Gebläses gekühlt.From the DE 196 06 487 A1 a blower driven by an electric motor is known, in which the driving electric motor is inserted into a housing part of the blower in such a way that the motor is thermally operatively connected to the flow channel of the blower. In this way, the electric motor is also cooled by the air flow of the fan sucked into the flow channel.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Zusatzverdichter dahingehend weiter zu entwickeln, dass er sowohl im aktiven, als auch im passiven Betrieb eine Luftkühlung seiner Komponenten mit möglichst geringem Strömungswiderstand ermöglicht.The object of the invention is a to further develop additional electric compressors that it cools its air both in active and in passive operation Components with as much as possible low flow resistance allows.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen.The basis of the invention The task is achieved by a device for compressing combustion air solved with the features of claim 1. Advantageous further training and embodiments result from the features listed in the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Der erfindungsgemäße, elektrisch angetriebene Ladeluftverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht es, einen elektrischen Turboverdichter in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine in Reihe mit beispielsweise einem Abgasturbolader zu betreiben, wobei der erfindungsgemäße Zusatzverdichter im aktiven als auch im passiven Betrieb luftgekühlt wird. In vorteilhafter Weise wird die Luftkühlung unter Vermeidung eines erhöhten Strömungswiderstandes des elektrischen Zusatzverdichters ermöglicht.The electrically driven according to the invention Charge air compressor with the features of claim 1 avoids the disadvantages occurring in the prior art and enables an electric turbocompressor in the charge air supply of an internal combustion engine to operate in series with, for example, an exhaust gas turbocharger, the additional compressor according to the invention is air-cooled in both active and passive operation. Advantageously becomes air cooling avoiding an elevated flow resistance of the additional electric compressor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft weist ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil auf in dem mindestens ein Verdichterrad in einem Verdichterraum des Gehäuses angeordnet ist, welches in Strömungsrichtung zwischen einem Lufteinlass und einem Luftauslass des Gehäuses angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Gehäuse des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters einen zweiten Gehäuseteil auf, in dem ein Elektromotor zum Betrieb des Verdichterrades angeordnet ist. Dadurch, dass ein den Verdichterraum mit dem Auslasskanal verbindender, in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufender Strömungskanal zumindest teilweise den Elektromotor umgreift, ist eine thermische Kopplung zwischen dem verdichten Ladeluftstrom und dem, den Verdichter antreibenden Elektromotor möglich.The compression device according to the invention of combustion air has a housing with a first housing part on in the at least one compressor wheel in a compressor room of the housing is arranged, which in the flow direction between an air inlet and an air outlet of the housing is arranged. Furthermore points the case of the additional compressor according to the invention a second housing part on, in which an electric motor for operating the compressor wheel is arranged is. The fact that a connecting the compressor chamber with the outlet duct in the circumferential direction of the housing running flow channel at least partially encompasses the electric motor is a thermal one Coupling between the compressed charge air flow and the compressor driving electric motor possible.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.Advantageous further training and embodiments the invention are made possible by the features contained in the subclaims.

Der Strömungskanal der verdichteten Ladeluft ist in dem erfindungsgemäßen Zusatzverdichter derart ausgestaltet, dass eine thermische Kopplung zwischen dem Strömungskanal und dem Elektromotor bzw. zwischen dem Strömungskanal und dem, den Elektromotor aufnehmenden, zweiten Gehäuseteil besteht.The flow channel of the compressed Charge air is such in the additional compressor according to the invention configured that a thermal coupling between the flow channel and the electric motor or between the flow channel and the electric motor receiving, second housing part consists.

In vorteilhafter Weise ist der zweite Gehäuseteil zumindest teilweise aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise aus einem Metall gebildet.The second is advantageous housing part at least partially made of a heat-conducting material, for example formed from a metal.

Eine kompakte und sehr gut wärmeleitende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters ergibt sich, wenn der Strömungskanal im Wesentlichen in dem zweiten Gehäuseteil selbst ausgebildet ist. In dem erfindungsgemäßen elektrischen Zusatzverdichter wird der schneckenförmig ausgebildete Verbindungskanal zwischen dem Verdichterraum des Verdichters und der Auslassöffnung des Verdichters gegenüber den Ausführungsformen des Standes der Technik in Richtung des antreibenden Elektromotors „umgeklappt". Die hängende, d.h. um das Gehäuse des Antriebs gewickelte, Volute (Verdichterschnecke) sorgt somit für eine optimale Kühlung von Motor und Elektronik. Erfahrungsgemäß ist eine besonders günstige Strömungsformung des luftführenden Gehäuses durch einen geraden, d.h. axialen Einlass und einen schneckenförmigen, am Umfang des Gehäuses angeordneten Auslass gekennzeichnet.A compact and very good heat-conducting embodiment of the additional compressor according to the invention arises when the flow channel essentially formed in the second housing part itself is. In the additional electrical compressor according to the invention it becomes helical trained connecting channel between the compressor chamber of the compressor and the outlet opening to the compressor the embodiments of the prior art in the direction of the driving electric motor "folded over". The hanging, i.e. around the case of the drive wound volute (compressor screw) for one optimal cooling of engine and electronics. Experience has shown that flow formation is particularly favorable the air-guiding housing by a straight line, i.e. axial inlet and a helical, on the circumference of the housing arranged outlet marked.

In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters ist der Strömungskanal (Volute) ein Teil des metallischen Motorgehäuses. Der hohe Luftmassenstrom durch die Volute sowohl im aktiven als auch im passiven Betrieb des Zusatzverdichters sorgt für eine optimale Kühlung des Metallkörpers, indem der Antriebsmotor für den Verdichter untergebracht ist. Neben dem antreibenden Elektromotor kann in dem Motorgehäuse zusätzlich auch ein Kompartment ausgebildet sein, welches zu kühlende Elektronikkomponenten der Motor- bzw. Verdichteransteuerung enthält.In a particularly advantageous embodiment of the additional compressor according to the invention is the flow channel (Volute) part of the metallic engine case. The high air mass flow through the volute in both active and passive operation of the additional compressor ensures optimal cooling of the metal body, by the drive motor for the compressor is housed. In addition to the driving electric motor can in the motor housing additionally a compartment can also be formed which contains electronic components to be cooled contains the motor or compressor control.

In vorteilhafter Weise besitzt das Motorgehäuse einen geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des am Umfang des Verdichtergehäuses angeordneten Strömungskanals. Auf diese Weise ist es möglich, den Elektromotor bzw. das den Elektromotor aufnehmende Gehäuse vom Strömungskanal zumindest teilweise in axialer Richtung umschließen zu lassen, ohne das Bauvolumen des erfindungsgemäßen Verdichters zusätzlich zu vergrößern.This advantageously has motor housing a smaller diameter than the inner diameter of the circumference of the compressor housing arranged flow channel. In this way it is possible the electric motor or the housing receiving the electric motor from flow channel at least partially enclose in the axial direction without the construction volume of the compressor according to the invention additionally to enlarge.

Die sehr kompakte Baugröße des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters ergibt sich zudem auch dadurch, dass der Strömungskanal auf der Hochdruckseite des Verdichterrades angeordnet ist. Insbesondere lässt sich der Strömungskanal (Volute) auf der dem Einlasskanal abgewandten Seite des Verdichterrades anordnen. Durch diese Ausbildung des Strömungskanals lässt sich eine effektive Luftkühlung des Verdichtergehäuses bzw. des das Verdichterrad antreibenden Elektromotors erreichen, ohne dass eine spezielle Strömungsumlenkung für den Kühlungseffekt notwendig wäre. Vielmehr lässt sich die optimierte Strömungsführung in Form einer schneckenförmigen Volute in vorteilhafter Weise auch zur Gehäusekühlung verwenden.The very compact size of the additional compressor according to the invention also results from the fact that the flow channel is arranged on the high-pressure side of the compressor wheel. In particular, the flow channel (volute) can be arranged on the side of the compressor wheel facing away from the inlet channel. This configuration of the flow channel enables effective air cooling of the compressor housing or of the electric motor driving the compressor wheel, without a special flow deflection for the cooling effect being necessary. Rather, the optimized flow guidance in the form of a helical volute can also be used advantageously for cooling the housing.

Um den Strömungswiderstand des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters auch im passiven Betriebsfall, d.h. bei abgeschaltetem Elektromotor, möglichst gering zu halten, weist der erfindungsgemäße Verdichter einen Bypass-Kanal auf, der den Einlasskanal des Verdichters direkt mit dem Strömungskanal (Volute) verbindet. Dadurch, dass der Strömungskanal über dem Bypasskanal mit dem Einlasskanal des Gehäuses verbindbar ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Formgebung des Strömungskanals auch im passiven Betrieb einen großen Kühlungseffekt. Daher kann vorteilhafterweise kann im erfindungsgemäßen Zusatzverdichter sowohl im aktiven als auch im passiven Betrieb ein und derselbe Strömungskanal zur Kühlung der Komponente benutzt werden. In der passiven Betriebsart, die die überwiegende Betriebsart des elektrischen Zusatzverdichters repräsentiert, hat dieser nur die Aufgabe, den Luftstrom mit dem geringst möglichen Strömungswiderstand passieren zu lassen. Dabei kann die Komponente die vorbeiströmende Luft nutzen, um sich selber für den nächsten Einsatz auf eine möglichst niedrigere Betriebstemperatur zu bringen.The flow resistance of the additional compressor according to the invention also in passive operation, i.e. with the electric motor switched off, if possible to keep it low, the compressor according to the invention has a bypass channel on the compressor's inlet duct directly with the flow duct (Volute) connects. The fact that the flow channel over the bypass channel with the Inlet duct of the housing is connectable, enables Shaping according to the invention of the flow channel A great cooling effect even in passive operation. Therefore, advantageously can in the additional compressor according to the invention one and the same flow channel in both active and passive operation for cooling of the component. In the passive mode, the the vast majority Represents the operating mode of the additional electric compressor, it only has the task of keeping the air flow as low as possible flow resistance to let happen. The component can block the air flowing past use yourself for the next Bet on one if possible bring lower operating temperature.

In vorteilhafter Weise weist der erfindungsgemäße Verdichter Mittel auf, die den Bypass-Kanal bei aktiviertem Elektromotor verschließen. Eine einfache und zuverlässige Art, den Bypass-Kanal zu verschließen, besteht darin, den Drall der radial aus dem Verdichterrad strömenden Luft dazu zu nutzen, um über beispielsweise im Diffusor des Verdichters angeordnete Schaufeln den Bypass-Kanal zu verschließen. Dabei wird der Bypass-Kanal sowohl an seiner dem Einlasskanal des Verdichters zugewandten Seite, als auch an seiner, dem Strömungskanal (Volute) zugewandten Seite verschlossen. Durch das beidseitige Verschließen des Strömungskanals lassen sich in vorteilhafter Weise Luftverwirbelungen an den Eingängen des Bypasskanals und damit ein erhöhter Strömungswiderstand im aktiven Betrieb des Verdichters realisieren.Advantageously, the Compressor according to the invention Means on the bypass channel Close the activated electric motor. A simple and reliable way to close the bypass channel consists of the swirl of the air flowing radially out of the compressor wheel to use to over for example, blades arranged in the diffuser of the compressor to close the bypass channel. The bypass duct is connected to the inlet duct of the Compressor facing side, as well as on its, the flow channel (volute) closed side closed. By closing the flow channel Air turbulence at the inputs of the Bypass channel and thus an increased flow resistance realize in the active operation of the compressor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist darüber hinaus Mittel, insbesondere elastische Mittel, auf, die den Bypass-Kanal bei deaktiviertem Elektromotor möglichst schnell und zuverlässig öffnen. Aufgrund des großen Strömungsquerschnittes des Bypass-Kanals stellt der erfindungsgemäße Zusatzverdichter im passiven Betriebsfall nur einen sehr geringen Strömungswiderstand dar. Dies ermöglicht auch im passiven Betriebsfall des Zusatzverdichters einen günstigen Wirkungsgrad des Gesamtsystems der Ladeluftzuführung bzw. des Verbrennungsmotors.The device according to the invention also has Means, especially elastic means, on the bypass channel with the electric motor deactivated if possible open quickly and reliably. by virtue of the great Flow area of the bypass channel is the additional compressor according to the invention in the passive Operating case represents only a very low flow resistance. This also enables in passive operation of the additional compressor a favorable Efficiency of the overall system of the charge air supply or the internal combustion engine.

Die beanspruchte Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft ermöglicht einen elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter für die Ladeluft eines Kraftfahrzeuges, der eine effiziente Kühlung, insbesondere eine Kühlung durch die angesaugte Ladeluft ermöglicht, ohne einen erhöhten Luftwiderstand darzustellen. Dadurch, dass die Luftkühlung sowohl im aktiven, als auch im passiven Betrieb des elektrischen Ladeluftverdichters möglich ist und in vorteilhafter Weise durch denselben Strömungskanal erfolgt, kann die thermische Belastung für solch einen hochtourig betriebenen, elektrischen Zusatzverdichter gering gehalten werden.The claimed device for Compression of combustion air enables an electrically driven Additional compressor for the charge air of a motor vehicle, the efficient cooling, in particular a cooling made possible by the sucked-in charge air, without increased air resistance display. The fact that the air cooling in both active and is also possible in passive operation of the electric charge air compressor and in an advantageous manner through the same flow channel, the thermal load for such a high-speed, electric auxiliary compressor be kept low.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den nachfolgenden Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft zu entnehmen.Further advantages of the device according to the invention are in the following drawings and the associated description of an embodiment an inventive device for Compression of combustion air.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die darauf gerichteten Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammen fassen.In the drawing there are two exemplary embodiments a device according to the invention shown for the compression of combustion air, which in the following description explained should be. The figures of the drawing, their description as well the claims directed towards it contain numerous features in combination. Becomes a professional consider these features individually and make meaningful, further ones Combine combinations.

Es zeigen:Show it:

1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen, elektrisch betriebenen Ladeluft-Verdichter in einer schematisierten Darstellung, 1 2 shows a cross section through an electrically operated charge air compressor according to the invention in a schematic representation,

2 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladeluft-Verdichters bei geschlossenem Bypass-Kanal, 2 3 shows a cross section through an alternative embodiment of a charge air compressor according to the invention with the bypass duct closed,

3 einen Querschnitt durch den Ladeverdichter gemäß 2 bei geöffnetem Bypass-Kanal. 3 a cross section through the charge compressor 2 when the bypass channel is open.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft. Der Verdichter 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches im Ausführungsbeispiel der 1 mehrteilig ausgebildet ist. Das Gehäuse des Verdichters umfasst im Wesentlichen einem ersten Gehäuseteil 14 für den eigentlichen Verdichterkopf 22 der Vorrichtung im Folgenden auch Verdichterteil der Vorrichtung genannt und einen zweiten Gehäuseteil 16, der die Antriebsmittel für den Verdichter umgibt und im Ausführungsbeispiel der 1 im Wesentlichen einen den Verdichter antreibenden Elektromotor 18 nebst zugehörigen Elektronikbausteinen beinhaltet. Der zweite Gehäuseteil 16 des Verdichters nach dem Ausführungsbeispiel der 1 ist aus Fertigungsgründen in sich dreistückig aufgebaut. Der Gehäuseteil 16 umfasst das eigentliche Motorgehäuse 17 des antreibenden Elektromotor 18, welches als Poltopf beziehungsweise als Rohr ausgebildet ist, einen Diffusorring 19, der in axialer Richtung zwischen dem Verdichterkopf 22 und dem Motorgehäuse 17 angeordnet ist und ein dritten Gehäuseteil 15, welcher ein Kompartment 52 für Elektronikbausteine zur Ansteuerung des Verdichters und einen Teil des Strömungskanals des Verdichters enthält. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the inventive device for compressing combustion air. The compressor 10 has a housing 12 on which in the embodiment of the 1 is formed in several parts. The housing of the compressor essentially comprises a first housing part 14 for the actual compressor head 22 the device hereinafter also called the compressor part of the device and a second housing part 16 , which surrounds the drive means for the compressor and in the embodiment of the 1 essentially an electric motor driving the compressor 18 includes the associated electronic components. The second housing part 16 of the compressor according to the embodiment of the 1 is made up of three parts for manufacturing reasons. The housing part 16 includes the actual motor housing 17 of the driving electric motor 18 , which is designed as a pole pot or as a tube, a diffuser ring 19 , which lies in the axial direction between the compressor head 22 and the motor housing 17 is arranged and a third housing part 15 which is a compartment 52 for electronic components for controlling the compressor and part of the flow channel of the compressor.

Darüber hinaus weist das Gehäuse 12 einen den Gehäuseteil 16 verschließenden Boden 20 auf der einen leichten Zugang zum Motorteil der Vorrichtung ermöglicht und zudem auch ein Lager der Antriebswelle des Verdichtenades stützt.In addition, the housing 12 one the housing part 16 occlusive bottom 20 on which allows easy access to the motor part of the device and also supports a bearing of the drive shaft of the compression wheel.

Der Verdichterkopf 22 des Verdichters 10 ist als Radialverdichter mit axialer Ansaugung ausgebildet. Der erste Gehäuseteil 14 für den Verdichterkopf 22 besitzt eine glockenförmige bzw. trichterförmige Ausgestaltung mit einem Einlasskanal 24, der durch einen Einlassstutzen 26 des ersten Gehäuseteils 14 gebildet wird.The compressor head 22 of the compressor 10 is designed as a radial compressor with axial suction. The first housing part 14 for the compressor head 22 has a bell-shaped or funnel-shaped configuration with an inlet channel 24 passing through an inlet port 26 of the first housing part 14 is formed.

Im ersten Gehäuseteil 14 ist ein Verdichterraum 28 ausgebildet, in dem ein Verdichterrad 30 angeordnet ist. Das Verdichterrad 30 ist konzentrisch zum Einlasskanal 24 des ersten Gehäuseteils 14 des Verdichters 10 angeordnet. Das Verdichterrad 30 weist eine ebene Unterseite 32 auf welches dem zweiten Gehäuseteil 16 des Verdichters 10 und insbesondere dem Diffusoring 19 zugewandt ist. Die von der Unterseite 32 des Verdichterades 30 abgewandte Oberseite des Verdichtenades ist in an sich bekannter Weise mit Verdichterstrukturen 34 in Form von dreidimensional ausgebildeten Schaufeln versehen. Vom Einlasskanal 24 des Verdichters 10 erstreckt sich ein erster Strömungskanal 36 in axialer Richtung des Verdichters in den Verdichterraum 28. Die durch den ersten Strömungskanal 36 im Betrieb des Verdichters angesaugte Ladeluft wird durch das Verdichterrad 30 beschleunigt und radial nach außen gedrückt. An seinen radialen Enden 38 geht der Verdichterraum 28 in einem Radialdiffusor 40 über. Der Radialdiffusor 40 wiederum mündet in einen Strömungskanal 42, der sich als Schnecke kontinuierlich am Umfang des Gehäuses 12 weitet und als Sammler für die verdichtete Ladeluft wirkt. An der Stelle, an der der schneckenförmige Strömungskanal 42 („Volute") in Umfangsrichtung des Verdichters auf seinen Anfang stößt, geht der Strömungskanal 42 tangential vom Gehäuse 12 des Verdichters weg. Der Radialdiffusor 40 endet ebenfalls tangential in dem Strömungskanal 42. Der Diffusorring 19, der somit auf seiner dem Verdichterrad 30 zugewandten Oberseite die Luft aus dem Verdichterrad in den Strömungskanal 42 überführt, wird dabei gleichzeitig durch diese Luft gekühlt. Dabei bildet er zusammen mit der Unterseite einer Steuerhaube 60 für einen Bypasskanal des Verdichters einen Ringdiffusor, der die Luftströmung verzögert und somit Druck aufbaut. Der Diffusorring 19 dient darüber hinaus gleichzeitig auch als Lagerschild für die Antriebswelle des Elektromotors 18.In the first part of the housing 14 is a compressor room 28 trained in which a compressor wheel 30 is arranged. The compressor wheel 30 is concentric to the inlet duct 24 of the first housing part 14 of the compressor 10 arranged. The compressor wheel 30 has a flat bottom 32 on which the second housing part 16 of the compressor 10 and especially diffusoring 19 is facing. The one from the bottom 32 of the compressor wheel 30 top of the compression vane facing away is in a manner known per se with compression structures 34 provided in the form of three-dimensional blades. From the inlet duct 24 of the compressor 10 a first flow channel extends 36 in the axial direction of the compressor into the compressor chamber 28 , That through the first flow channel 36 Charge air sucked in during operation of the compressor is discharged through the compressor wheel 30 accelerated and pushed radially outwards. At its radial ends 38 the compressor room goes 28 in a radial diffuser 40 about. The radial diffuser 40 again opens into a flow channel 42 , which is a snail continuously on the circumference of the housing 12 expands and acts as a collector for the compressed charge air. At the point where the helical flow channel 42 ("Volute") hits its beginning in the circumferential direction of the compressor, the flow channel goes 42 tangential to the housing 12 of the compressor away. The radial diffuser 40 also ends tangentially in the flow channel 42 , The diffuser ring 19 , which is thus on the compressor wheel 30 facing top the air from the compressor wheel into the flow channel 42 transferred, is simultaneously cooled by this air. It forms together with the underside of a control hood 60 For a bypass channel of the compressor, a ring diffuser that delays the air flow and thus builds up pressure. The diffuser ring 19 also serves as a bearing plate for the drive shaft of the electric motor 18 ,

Im Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters nach 1 wird der in der Zeichnung obere, das heisst, der dem Verdichterkopf 22 zugewandte Teil des Strömungskanals 42 durch den ersten Gehäuseteil 14 des Verdichters und den Diffusorring 19 des Gehäuses 16 gebildet, so dass der Diffusorring 19 auch durch die Luft im Strömungskanal 42 gekühlt werden kann.In the embodiment of the compressor according to the invention 1 becomes the upper one in the drawing, that is, that of the compressor head 22 facing part of the flow channel 42 through the first housing part 14 of the compressor and the diffuser ring 19 of the housing 16 formed so that the diffuser ring 19 also through the air in the flow channel 42 can be cooled.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Strömungskanal 42 (Volute) in axialer Richtung umgeklappt und somit in Richtung auf den zweiten Gehäuseteil 16 des Elektromotors 18 ausgerichtet. (Üblicherweise schließt sich die Volute bei entsprechenden Verdichtern des Standes der Technik oberhalb eines Radialdiffusors, aber zur Saugseite hin gerichtet, an). Der Strömungskanal 42 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ist in dem zweiten Gehäuseteil 16 des Verdichters 10 ausgebildet, welcher sich in axialer Richtung an das Verdichterrad anschließt. In vorteilhafter Weise besteht der zweite Gehäuseteil 16, welcher den, den Verdichter antreibenden Elektromotor 18 umgibt, aus einem gut wärmeleitenden Material. Insbesondere kann dieses Gehäuse aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt sein. Dieser Gehäuseteil umfasst den Strömungskanal 42 und einen Träger 52 für Elektronikbausteine 54 (Elektronikkompartment) des Antriebssystems. Die vorbei strömende Luft im Strömungskanal 42 kühlt dabei zum Einen über den Diffusorring 19 den Elektromotor 18 und zum anderen auch die Elektronikbausteine 54 im Elektronikkompartment 52.The flow channel is in the device according to the invention 42 (Volute) folded over in the axial direction and thus in the direction of the second housing part 16 of the electric motor 18 aligned. (Usually, the volute is connected above the radial diffuser, but directed towards the suction side, in the case of corresponding compressors of the prior art). The flow channel 42 according to the embodiment of 1 is in the second housing part 16 of the compressor 10 formed, which adjoins the compressor wheel in the axial direction. The second housing part advantageously consists 16 which drives the electric motor driving the compressor 18 surrounds, from a good heat-conducting material. In particular, this housing can be made of a metal, for example aluminum. This housing part comprises the flow channel 42 and a carrier 52 for electronic components 54 (Electronics compartment) of the drive system. The air flowing past in the flow channel 42 cools on the one hand via the diffuser ring 19 the electric motor 18 and also the electronic components 54 in the electronics compartment 52 ,

Der Strömungskanal 42 des Verdichters kann in diversen Querschnittsformen ausgebildet sein. Vorteilhaft ist ein in etwa elliptischer Querschnitt. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein nur geringer Unterschied in den Größen der Halbachsen der elliptischen Querschnittsform vorhanden. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Elliptizität ausgeprägter sein. So ist es beispielsweise auch möglich, den Strömungskanal 42 so auszubilden und anzuordnen, dass die große Halbachse der dem Kanal einzuschreibenden Ellipse parallel zur Antriebswelle des Verdichters verläuft. Auf diese Weise ist es möglich, das Motorgehäuse 17 großflächig durch den Luftstrom des Strömungskanals 42 zu kühlen. Der erfindungsgemäße Verdichter ist jedoch nicht auf die Verwendung einen elliptischen Querschnittprofils für den Strömungskanal 42 beschränkt. Kreisförmige oder andere Querschnittsformen sind ebenso möglich.The flow channel 42 the compressor can be designed in various cross-sectional shapes. An approximately elliptical cross section is advantageous. In the in 1 shown embodiment, there is only a slight difference in the sizes of the semiaxes of the elliptical cross-sectional shape. In other embodiments, the ellipticity can be more pronounced. For example, it is also possible to use the flow channel 42 To be designed and arranged so that the large semi-axis of the ellipse to be inscribed in the channel runs parallel to the drive shaft of the compressor. In this way it is possible for the motor housing 17 large area through the air flow of the flow channel 42 to cool. However, the compressor according to the invention is not based on the use of an elliptical cross-sectional profile for the flow channel 42 limited. Circular or other cross-sectional shapes are also possible.

Der Antriebsmotor 18, der einen Stator 44 sowie einen, mit einer Antriebswelle 46 verbundenen Rotor 48 aufweist, ist derart ausgebildet, dass der Motor einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Strömungskanals 42 besitzt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der in Umfangsrichtung des Gehäuses 12 verlaufende, in Richtung des Elektromotors umgeklappte Strömungskanal 42 den Elektromotor 18 in Umfangsrichtung vollständig umgibt und in axialer Richtung zumindest teilweise umgreift.The drive motor 18 which is a stator 44 as well as one with a drive shaft 46 connected rotor 48 is designed such that the motor has a smaller diameter than the inside diameter of the flow channel 42 has. In this way it is possible that the circumferential direction of the housing 12 running flow channel folded over in the direction of the electric motor 42 the electric motor 18 completely surrounds in the circumferential direction and at least partially encompasses in the axial direction.

Der dem Elektromotor 18 zugewandte, untere Teil des Strömungskanals 42 ist im Gehäuseteil 15 beziehungsweise 19 ausgearbeitet. Aus fertigungstechnischen Gründen ist das Gehäuse 16 mehrstückig ausgebildet. Der Gehäuseteil 15 enthält zudem den Träger 52 für die Elektronikbausteine der Motoransteuerung. Der hohe Luftmassenstrom im Strömungskanal 42 sorgt für eine optimale Kühlung des Metallkörpers 50 des Gehäuseteils 15. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls sorgt somit für eine gute Kühlung des Elektronik-Kompartments 52, welches in dem zweiten Gehäuseteil 15 ausgebildet ist. Zudem wird der Antriebsmotor 18 mit seinem Gehäuse 17, welches in radialer Richtung vom Gehäuseteil 15 umgeben ist, zusätzlich auch durch den Metallkörper 50 gekühlt.The electric motor 18 facing, lower part of the flow channel 42 is in the housing part 15 or 19 worked out. For technical reasons, the housing is 16 trained in several pieces. The housing part 15 also contains the carrier 52 for the electronic components of the motor control. The high air mass flow in the flow channel 42 ensures optimal cooling of the metal body 50 of the housing part 15 , The good thermal conductivity of the metal thus ensures good cooling of the electronics compartment 52 , which is in the second housing part 15 is trained. In addition, the drive motor 18 with its housing 17 , which is in the radial direction from the housing part 15 is also surrounded by the metal body 50 cooled.

In vorteilhafter Weise sind Elektronikbauelemente 54 der Leistungselektronik für die Ansteuerung des Elektromotors 18 bzw. für den Betrieb des Verdichters 10 in thermischen Kontakt mit dem Metallkörper 50 angebracht. Dazu können die elektronischen Bauelemente und insbesondere die eine hohe Verlustleistung erzeugenden Leistungshalbleiter mit oder auch ohne Wärmeleitmittel direkt an dem Gehäuseteil 15 befestigt sein. Auf diese Weise ist es möglich, einen guten Wärmeübergang, das heisst einen hohen Wärmefluss von den Elektronikbauteilen 54 in die Luft, die sich im Strömungskanal 42 befindet, zu realisieren. Das Elektronik-Kompartment 52 besitzt einen Deckel 56, welcher ggfls. durch entsprechende Öffnungen in seiner Aussenseite 57 für einen zusätzlichen Wärmeaustausch mit der Umgebung sorgen kann.Electronic components are advantageous 54 the power electronics for controlling the electric motor 18 or for the operation of the compressor 10 in thermal contact with the metal body 50 appropriate. For this purpose, the electronic components and, in particular, the power semiconductors generating a high power loss can be directly or directly on the housing part, with or without heat conducting means 15 be attached. In this way it is possible to ensure good heat transfer, i.e. a high heat flow from the electronic components 54 in the air that is in the flow channel 42 located to realize. The electronics compartment 52 has a lid 56 , which if necessary. through corresponding openings in its outside 57 can provide additional heat exchange with the environment.

Der Gehäuseteil 17 des Elektromotors ist zudem, wie bereits beschrieben, thermisch stark an den Diffusorring 19 und das Gehäuseteil 15 gekoppelt, so dass die vom Motor produziert Wärme auf diesem Wege gut abgeführt werden kann.The housing part 17 of the electric motor is, as already described, thermally strong on the diffuser ring 19 and the housing part 15 coupled so that the heat produced by the engine can be dissipated well in this way.

2 und 3 zeigen einen lediglich bezüglich des Antriebsmotors leicht modifizierten Verdichter 11. Im aktiven Betrieb des Verdichters 10 bzw. 11, treibt der Elektromotor 18 über die Antriebswelle 46 das Verdichterrad 30 im Verdichterraum 28 an. Im Ausführungsbeispiel der 2 und 2 ist das Gehäuse 1 6 des Verdichters 11 einstöckig ausgebildet. Dies hat zwar fertigungstechnische Nachteile sorgt aber für eine optimale Kühlung sowohl des Motors 18, als auch der Elektronikbausteine 54 durch die Luft des Strömungskanals 42. 2 and 3 show a compressor only slightly modified with respect to the drive motor 11 , While the compressor is operating 10 respectively. 11 , the electric motor drives 18 via the drive shaft 46 the compressor wheel 30 in the compressor room 28 on. In the embodiment of the 2 and 2 is the housing 1 6 of the compressor 11 one-story training. Although this has manufacturing disadvantages, it ensures optimal cooling of both the motor 18 , as well as the electronic components 54 through the air of the flow channel 42 ,

Die Anpassung an verschiedene Massenströme im aktiven bzw. im passiven Zustand des Verdichters 10 bzw. 11 erfolgt mittels einer Steuerhaube 60, die im ersten Gehäuseteil 14 zwischen dem Einlassstutzen 26 und dem Verdichterraum 28 des Verdichters glockenförmig angeordnet ist. Vom Einlassstutzen 26 zweigt in nahezu tangentialer Richtung ein Bypass-Kanal 62 ab, der eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal 24 und dem Strömungskanal 42 ermöglicht. Der Bypass-Kanal 62 mündet dabei in den Ausgangsumfang des Radialdiffusors 40, der an dieser Stelle direkt in den Strömungskanal 42 übergeht.The adaptation to different mass flows in the active or passive state of the compressor 10 respectively. 11 takes place by means of a control hood 60 that in the first housing part 14 between the inlet port 26 and the compressor room 28 of the compressor is arranged in a bell shape. From the inlet port 26 a bypass channel branches in an almost tangential direction 62 starting from a connection between the inlet duct 24 and the flow channel 42 allows. The bypass channel 62 opens into the outlet circumference of the radial diffuser 40 which at this point is directly in the flow channel 42 transforms.

Im Radialdiffusor 40 sind Schaufeln 64 angeordnet, die mit der Steuerhaube 60 in mechanischer Wirkverbindung stehen. Im aktiven Zustand des Verdichters 10 bzw. treibt der Drall der radial aus dem Verdichterrad 30 in den Radialdiffusor 40 strömenden, verdichteten Luft die Steuerhaube 60 mittels der im Diffuser stehenden Schaufeln 64 in die Drehrichtung des Verdichterrades. Die Steuerhaube 60 ist im Gehäuse 14 so gelagert, dass sie sich um einen definierten Winkel durch den Luftdrall dreht und dabei den Bypass-Kanal 62 durch das Verdrehen von Fenstern 66 oder entsprechenden anderen Schliesselementen 68 verschließt. Die angesaugte Verdichtungsluft gelangt in diesem Fall vom Einlassstutzen 26 direkt in den Verdichtungsraum 28, in dem es mit Hilfe des Verdichterrades 30 beschleunigt und somit verdichtet wird. Über den Strömungskanal 42 wird die Luft in Richtung des Auslasskanals 43 weitergeleitet. Dabei werden im erfindungsgemäßen Verdichter 10 bzw. 11 beide Seiten des Bypass-Kanals 62, d.h.In the radial diffuser 40 are shovels 64 arranged with the control hood 60 have a mechanical operative connection. In the active state of the compressor 10 or drives the twist radially out of the compressor wheel 30 in the radial diffuser 40 flowing, compressed air the control hood 60 by means of the blades in the diffuser 64 in the direction of rotation of the compressor wheel. The control hood 60 is in the housing 14 stored in such a way that it rotates through the air swirl by a defined angle and thereby the bypass channel 62 by twisting windows 66 or corresponding other locking elements 68 closes. In this case, the compressed air drawn in comes from the inlet connection 26 directly into the compression room 28 , in which it is using the compressor wheel 30 accelerated and thus compressed. Via the flow channel 42 the air goes towards the exhaust duct 43 forwarded. In the compressor according to the invention 10 respectively. 11 both sides of the bypass channel 62 , ie

sowohl der dem Einlasskanal 24 zugewandte Anfang des Bypass-Kanals 62, als auch das dem Radialdiffusor 40 zugewandte Ende des Bypass-Kanals 62 durch die Schließelemente 68 bzw. durch das Verdrehen der Fenster 66 in der Steuerhaube 60 verschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Wirbelbildung, die sich beispielsweise an der Öffnung des Bypass-Kanals zum Radialdiffuser ausbilden könnte, zu vermeiden. Eine solche Wirbelbildung stellt einen erhöhten Strömungswiderstand dar und würde sich nachteilig auf die angestrebte günstige und damit verlustarme Strömung auswirken.both the intake duct 24 facing the beginning of the bypass channel 62 , as well as the radial diffuser 40 facing end of the bypass channel 62 through the closing elements 68 or by turning the windows 66 in the control hood 60 locked. In this way it is possible to avoid vortex formation, which could form, for example, at the opening of the bypass channel to the radial diffuser. Such vortex formation represents an increased flow resistance and would have a disadvantageous effect on the desired cheap and thus low-loss flow.

Die Steuerhaube 60 ist im Gehäuse 14 so gelagert, dass sie sich um einen definierten Winkel durch den an den Schaufeln 64 angreifenden Luftdrall dreht und dabei eine Federeinrichtung 70, die zwischen Steuerhaube 60 und dem Gehäuse 14 sitzt, spannt.The control hood 60 is in the housing 14 so that they are at a defined angle through the on the blades 64 attacking air swirl rotates while doing a spring device 70 between the control hood 60 and the housing 14 sits, tense.

Ist der elektrische Antrieb 18 des Verdichters 10 bzw. 11 abgeschaltet, so sorgt die Federeinrichtung 70 für ein Rückstellmoment, das die Steuerhaube 60 zurück in ihre in 3 dargestellte Ausgangsposition dreht und somit die Schließelemente 68 vor den Enden des Bypass-Kanals 62 entfernt und den Bypass-Kanal öffnet.Is the electric drive 18 of the compressor 10 respectively. 11 switched off, the spring device ensures 70 for a restoring moment that the control hood 60 back in their in 3 shown starting position rotates and thus the closing elements 68 in front of the ends of the bypass channel 62 removed and the bypass channel opens.

3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geöffnetem Bypass-Kanal 62. Die beispielsweise durch den nachgeschalteten Abgas-Turbolader angesaugte Verdichterluft gelangt über den Einlasskanal 24 und den ersten Strömungskanal 36 in die Steuerhaube 60 des erfindungsgemäßen Verdichters und von dort über die Fensterelemente 66 in den nun geöffneten Bypasskanal 62. Aufgrund des großen Strömungsquerschnittes, sowohl im Einlasskanal 24, der Fenster 66 sowie in dem Bypass-Kanal 62 erfährt die den passiven Zusatzverdichter durchströmende Luft nur einen geringen Strömungswiderstand und gelangt nahezu ungehindert wiederum in den Strömungskanal 42 und von dort in den Auslass 43 des Verdichters 10 bzw. 11. Auf ihrem Weg durch den Strömungskanal 42 ermöglicht die angesaugte Luft eine effiziente Kühlung, insbesondere des zweiten Gehäuseteils 16 mit dem darin angeordneten Antriebsmotor 18. Der Verdichter 10 bzw. 11 kann in dieser passiven Betriebsart die vorbei strömende Luft nutzen, um sich selbst für den nächsten Einsatz auf eine möglichst niedrige Betriebstemperatur zu bringen. 3 shows the device according to the invention with the bypass channel open 62 , The compressor air drawn in, for example, by the downstream exhaust gas turbocharger passes through the inlet duct 24 and the first flow channel 36 in the control hood 60 of the compressor according to the invention and from there via the window elements 66 in the now open bypass channel 62 , Due to the large flow cross-section, both in the inlet channel 24 , the window 66 as well as in the bypass channel 62 the air flowing through the passive additional compressor experiences only a slight flow resistance and in turn reaches the flow channel almost unhindered 42 and from there to the outlet 43 of the compressor 10 respectively. 11 , On their way through the flow channel 42 the sucked-in air enables efficient cooling, in particular of the second housing part 16 with the drive motor arranged in it 18 , The compressor 10 respectively. 11 can use the air flowing past in this passive operating mode to bring itself to the lowest possible operating temperature for the next use.

Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, mit Hilfe der Ansaugluft eine Kühlung sowohl des antreibenden Elektromotors als auch der zugehörigen Elektronik eines elektrisch betriebenen Zusatzverdichters zu realisieren, ohne dabei auf die strömungstechnisch optimale Formgebung der Strömung der angesaugten Ladeluft zu verzichten. In beiden Betriebsarten können mit dieser Einrichtung günstige und damit verlustarme Strömungen ausgebildet werden, was in jedem Fall zu einem günstigeren Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors mit zugehöriger Ladeluftzuführung führt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines strömungstechnisch optimalen Strömungskanals ist es möglich, auch bei Verwendung eines Bypass-Kanals im passiven Betrieb des erfindungsgemäßen Verdichters eine optimale Kühlung der elektronischen Komponenten der Vorrichtung unter Beibehaltung möglichst großer Strömungsquerschnitte zu realisieren.With the device described it is advantageously possible cooling with the help of the intake air of both the driving electric motor and the associated electronics to realize an electrically operated additional compressor without thereby on the fluidic optimal shaping of the flow to dispense with the intake air. In both modes can cheap with this facility and therefore low-loss flows be trained, which in any case to a cheaper efficiency of Internal combustion engine with associated Charge air supply leads. By the arrangement according to the invention one fluidically optimal flow channel Is it possible, even when using a bypass channel in passive operation of the compressor according to the invention optimal cooling maintaining the electronic components of the device preferably greater Flow areas to realize.

Der erfindungsgemäße, elektrisch angetriebene Ladeluftverdichter ist nicht auf das in den Zeichnungen präsentierte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere ist die Vorrichtung nicht beschränkt auf die Verwendung lediglich eines einzelnen Verdichterrades.The electrically driven according to the invention Charge air compressor is not on the one presented in the drawings embodiment limited. In particular, the device is not limited to use only of a single compressor wheel.

Der erfindungsgemäße Ladeluftverdichter ist nicht beschränkt auf die Verwendung einer Steuerhaube für den integrierten Bypass-Kanal.The charge air compressor according to the invention is not limited on the use of a control hood for the integrated bypass channel.

Claims (13)

Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter mit einem Gehäuse (12), mit mindestens einem in einem Verdichterraum (28) eines ersten Gehäuseteils (14) angeordneten Verdichterrad (30), das in Strömungsrichtung zwischen einem Lufteinlass (24) und einem Luftauslass (43) des Gehäuses (12) angeordnet ist, mit einem den Verdichterraum (28) mit dem Luftauslass (43) verbindenden, in Umfangsrichtung des ersten Gehäuseteils (12) verlaufenden Strömungskanal (42), sowie mit einem in einem zweiten Gehäuseteil (16) des Gehäuses (12) angeordneten Elektromotor (18) zum Betrieb des Verdichterrades (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) den Elektromotor (18) zumindest teilweise in axialer Richtung umgreift und in thermischer Verbindung mit dem Elektromotor (18) und dem zweiten Gehäuseteil (16) steht, wobei der zweite Gehäuseteil (16) einen Diffusorring (19) aufweist, der einen Teil der Begrenzung des Strömungskanals (42) bildet und thermisch an den Elektromotor (18) gekoppelt ist.Electrically operated charge air compressor with a housing ( 12 ), with at least one in a compressor room ( 28 ) of a first housing part ( 14 ) arranged compressor wheel ( 30 ) that flows between an air inlet ( 24 ) and an air outlet ( 43 ) of the housing ( 12 ) is arranged with a the compressor chamber ( 28 ) with the air outlet ( 43 ) connecting, in the circumferential direction of the first housing part ( 12 ) flowing flow channel ( 42 ), as well as with a in a second housing part ( 16 ) of the housing ( 12 ) arranged electric motor ( 18 ) to operate the compressor wheel ( 30 ), characterized in that the flow channel ( 42 ) the electric motor ( 18 ) encompasses at least partially in the axial direction and in thermal connection with the electric motor ( 18 ) and the second housing part ( 16 ), with the second housing part ( 16 ) a diffuser ring ( 19 ) which has a part of the boundary of the flow channel ( 42 ) forms and thermally to the electric motor ( 18 ) is coupled. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Elektronikbausteine (54), insbesondere Elektronikbausteine der Motorelektronik des antreibenden Elektromotors (18), derart im zweiten Gehäuseteil (16) integriert sind, dass die Elektronik (54) überwiegend über den Strömungskanal (42) gekühlt wird.Electrically operated charge air compressor according to claim 1, characterized in that electronic components ( 54 ), in particular electronic components of the motor electronics of the driving electric motor ( 18 ), such as in the second housing part ( 16 ) that the electronics ( 54 ) mainly via the flow channel ( 42 ) is cooled. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gehäuseteil (16) zumindest teilweise aus einem wärmeleitenden Material besteht.Electrically operated charge air compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the second housing part ( 16 ) consists at least partially of a heat-conducting material. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) im Wesentlichen in dem zweiten Gehäuseteil (16) ausgebildet ist.Electrically operated charge air compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow channel ( 42 ) essentially in the second housing part ( 16 ) is trained. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) einstückig mit dem zweiten Gehäuseteil (16) ausgebildet ist.Electrically operated charge air compressor according to claim 4, characterized in that the flow channel ( 42 ) in one piece with the second housing part ( 16 ) is trained. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) auf der dem Lufteinlass (24) abgewandten Seite des Verdichterrades (30) angeordnet ist.Electrically operated charge air compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel ( 42 ) on the air intake ( 24 ) opposite side of the compressor wheel ( 30 ) is arranged. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) einen sich in Umfangsrichtung des Gehäuses (12) weitenden Querschnitt aufweist.Electrically operated charge air compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel ( 42 ) one in the circumferential direction of the housing ( 12 ) has a broad cross-section. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist, wobei die große Halbachse der Ellipse im Wesentlichen parallel zur Antriebswelle (46) des Elektromotors (18) verläuft.Electrically operated charge air compressor according to claim 7, characterized in that the flow channel ( 42 ) has an essentially elliptical cross section, the large semiaxis of the ellipse essentially parallel to the drive shaft ( 46 ) of the electric motor ( 18 ) runs. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (42) über einen Bypasskanal (62), unter Umgehung des Verdichterrades (30), mit dem Lufteinlass (24) des Gehäuses (12) verbindbar ist.Electrically operated charge air compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel ( 42 ) via a bypass channel ( 62 ), bypassing the compressor wheel ( 30 ), with the air inlet ( 24 ) of the housing ( 12 ) is connectable. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gehäuseteil (14) eine rotierbare Steuerhaube (60) vorgesehen ist, die bei aktiviertem Elektromotor (18) den Bypasskanal (62) durch das Verdrehen von entsprechenden Schließelementen (68) verschließt.Electrically operated charge air compressor according to claim 9, characterized in that in the first housing part ( 14 ) a rotatable control hood ( 60 ) is provided, which is activated when the electric motor ( 18 ) the bypass channel ( 62 ) by turning the corresponding locking elements ( 68 ) closes. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhaube (60) mit Schaufeln (64), die im Radialdiffusor (40) angeordnet sind, mechanisch wirkverbunden ist.Electrically operated charge air compressor according to claim 10, characterized in that the control hood ( 60 ) with blades ( 64 ) in the radial diffuser ( 40 ) are arranged, mechanically effective connected is. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach Anspruch 11, daduch gekennzeichnet, dass die Rotation der Steuerhaube (60) mittels der im Radialdiffusor (40) angeordneten Schaufeln (64) luftgetrieben ist.Electrically operated charge air compressor according to claim 11, characterized in that the rotation of the control hood ( 60 ) by means of the in the radial diffuser ( 40 ) arranged blades ( 64 ) is air driven. Elektrisch betriebener Ladeluftverdichter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Federeinrichtung (70) vorgesehen ist, die mit der Steuerhaube (60) wirkverbunden ist und den Bypasskanal (62) bei deaktiviertem Elektromotor (18) mittels eines auf die Steuerhaube (60) einwirkenden Rückstellmomentes öffnet.Electrically operated charge air compressor according to one of claims 10 to 12, characterized in that an elastic spring device ( 70 ) is provided, which with the control hood ( 60 ) is operatively connected and the bypass channel ( 62 ) with deactivated electric motor ( 18 ) on the control hood ( 60 ) acting restoring torque opens.
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